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廣東以色列理工學(xué)院王燕教授團(tuán)隊(duì) ACS Nano 綜述:柔性治療生物電子
2023-09-11  來源:高分子科技
關(guān)鍵詞:可穿戴 可植入 生物電子

  柔性生物電子憑借其卓越的機(jī)械、電學(xué)和生物相容性等特性,廣泛應(yīng)用于健康監(jiān)測、藥物輸送、人機(jī)界面和虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等不同場景。此外,由于其機(jī)械柔軟性、生物相容性、臨床級(jí)精準(zhǔn)度、長期穩(wěn)定性和患者友好性,柔性生物電子在可攜帶的精準(zhǔn)治療中扮演著關(guān)鍵角色。因此,將柔性生物電子的傳感和治療功能有效地結(jié)合,已成為實(shí)現(xiàn)去中心化醫(yī)療保健的重要目標(biāo)。


  近日,廣東以色列理工學(xué)院Yan Wang(王燕)教授課題組圍繞可穿戴和可植入治療生物電子,特別關(guān)注了其在多種典型疾病治療方面的最新進(jìn)展,包括皮膚傷口、糖尿病、眼部疾病、癌癥、心血管及神經(jīng)性疾病等。他們深入討論了材料、器件、疾病診療作用機(jī)理,最后從監(jiān)測-診療閉環(huán)系統(tǒng)、靈敏度和特異性、生物相容性、AI及商業(yè)化應(yīng)用等方面提出柔性精準(zhǔn)診療的未來發(fā)展方向。該工作以“Soft Bioelectronics for Therapeutics”為題發(fā)表在《ACS Nano》上。論文的第一作者是博士生章宗漫和實(shí)驗(yàn)室管理員祝忠泰(前)。該研究得到廣東省科技廳和李嘉誠基金會(huì)的支持。


圖1:用于高精度可穿戴和植入式療法的柔性生物電子學(xué)的示意圖。左側(cè)顯示了用于皮膚傷口、糖尿病、眼部康復(fù)和肌肉疾病的可穿戴療法的代表性示例;右側(cè)顯示了用于心律失常、癌癥、神經(jīng)系統(tǒng)疾病和骨折修復(fù)的植入式療法的代表性示例。 


圖2:可穿戴治療生物電子學(xué)用于皮膚傷口治療。
 

圖3:使用閉環(huán)系統(tǒng)可穿戴生物電子學(xué)用于皮膚傷口治療。
 

圖4:基于微針?biāo)幬飩鬟f系統(tǒng)的可穿戴治療生物電子學(xué)用于糖尿病治療。
 

圖5:基于智能隱形眼鏡的可穿戴治療生物電子學(xué)用于眼部康復(fù)。
 

圖6:可穿戴治療生物電子用于肌肉疾病治療。

 圖7:可穿戴治療生物電子用于心血管及腫瘤治療。


 圖8:可穿戴治療生物電子用于毛發(fā)再生。


 圖9:植入式治療生物電子用于心律失常治療。


 圖10:植入式治療生物電子用于癌癥治療。


 圖11:植入式治療生物電子用于神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療。 


圖12:植入式治療生物電子用于骨折修復(fù)、軟骨再生以及體重控制。

圖13:智能閉環(huán)柔性精準(zhǔn)診療系統(tǒng),其包括(1)用于柔性傳感平臺(tái);(2)用于信號(hào)采集、處理和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)電子平臺(tái);(3)柔性按需治療平臺(tái)。


  該綜述通過材料工程、器件設(shè)計(jì)以及疾病治療機(jī)制介紹了可用于精準(zhǔn)治療的可穿戴和植入式生物電子。文章系統(tǒng)總結(jié)了柔性生物電子從可穿戴療法(如治療皮膚傷口、糖尿病、眼部疾病、肌肉疾病等)到植入式療法(如治療心律失常、癌癥、神經(jīng)系統(tǒng)障礙等)的醫(yī)療應(yīng)用;最后,討論了柔性生物電子在治療方面邁向個(gè)性化醫(yī)療的未來發(fā)展趨勢,以及相關(guān)的臨床和商業(yè)轉(zhuǎn)化的機(jī)遇和挑戰(zhàn),例如閉環(huán)治療系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計(jì)、器件靈敏度和特異性的提高、生物兼容性材料的設(shè)計(jì)、人工智能的應(yīng)用以及最終的商業(yè)化。隨著材料化學(xué)、醫(yī)療需求和市場驅(qū)動(dòng)的快速發(fā)展,柔性生物電子正在廣泛應(yīng)用于多種治療場景。解決當(dāng)前柔性精準(zhǔn)診療領(lǐng)域所面臨的挑戰(zhàn)需要來自不同科學(xué)、技術(shù)和醫(yī)療領(lǐng)域的協(xié)同努力,技術(shù)正在不斷消除學(xué)科間的差異。通過深入研究臨床級(jí)醫(yī)學(xué)應(yīng)用、先進(jìn)數(shù)據(jù)處理技術(shù)、創(chuàng)新材料和結(jié)構(gòu)以及集成技術(shù),可穿戴和可植入精準(zhǔn)診療有望與甚至超越傳統(tǒng)藥物治療和外科手術(shù)干預(yù)。


  論文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c02513


  王燕課題組主頁:https://www.x-mol.com/groups/yanwanglab

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